感应电机混合偏心下的轴承故障特征研究

摘要

感应电机因其高性能、低造价、易控制等特点被广泛应用于国民生产的各个领域，一旦感应电机发生故障，将会使整个系统的运行效率降低，造成一定的经济损失。轴承作为感应电机重要的组成部件之一，也是最容易发生故障的部件，由于轴承故障而导致的电机停机故障在电机各类故障中占据的比率是很高的，因此对于感应电机轴承故障特征的研究是保证电机以及整个系统安全可靠运行的关键问题。
　　目前，对于感应电机在固有混合偏心下的轴承故障特征很少被关注，本文基于幅度调制的原理，研究了感应电机在混合偏心下轴承故障引起的电机气隙长度改变，进而对于电机定子电流的影响;基于相位调制的原理，研究了感应电机在混合偏心下轴承故障引起的电机转矩振动，对于电机定子电流的影响。根据Schoen提出的感应电机轴承故障会导致电机电感发生周期性变化的观点，结合交流电机多回路理论，计算出感应电机在不考虑混合偏心时轴承发生故障时的电机电感表达式、电机在混合偏心下的电机电感表达式、以及电机在考虑混合偏心时轴承发生故障时的电机电感表达式。借助MATLAB软件进行了仿真研究，通过改变电机磁链中的电感模块来对轴承故障引起电机气隙长度变化进行仿真验证;通过外加转矩脉冲信号来对轴承故障引起的电机转矩振动进行仿真验证。最后利用实验室搭建的模拟轴承故障检测平台、人工设置轴承故障的检测平台，采集数据并通过频谱分析来进行实验验证。
　　通过研究发现，考虑混合偏心时轴承故障的电流特征频率比不考虑混合偏心时的轴承故障的电流特征频率数量有所增加，电流频谱更加丰富，这是由于感应电机偏心频率与故障频率和电源频率三者之间相互调制的结果。同时发现在轴承故障的调制方式中以相位调制为主，幅度调制为辅。软件仿真和实际实验都验证了论文理论推导的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要研究内容

第2章 轴承故障的振动特征

2．1 轴承故障的常见形式

2．2 轴承故障的振动特征频率

2．3 本章小结

第3章 轴承故障的电流特征研究

3．1 不考虑混合偏心时轴承故障的电流特征研究

3．1．1 不考虑混合偏心时轴承故障引起电机气隙长度改变

3．1．2 不考虑混合偏心时轴承故障引起转矩振动

3．1．3 不考虑混合偏心时轴承故障导致气隙长度和转矩同时发生变化

3．2 感应电机偏心时的电流特征

3．2．1 感应电机偏心类型

3．2．2 感应电机混合偏心的特征频率

3．3 混合偏心时的轴承故障的电流特征研究

3．3．1 混合偏心下轴承故障引起电机气隙长度变化

3．3．2 混合偏心下的轴承故障引起转矩振动

3．3．3 混合偏心下轴承故障导致气隙长度和转矩同时发生变化

3．4 感应电机轴承故障的电流特征分析

3．5 本章小结

第4章 轴承故障仿真研究

4．1 感应电机的电感计算

4．1．1 不考虑偏心时轴承故障的电感计算

4．1．2 混合偏心时的电感计算

4．1．3 混合偏下轴承故障时的电感计算

4．2 轴承故障的仿真研究

4．2．1 感应电机仿真模型

4．2．2 轴承故障的电感计算

4．3 定子电流的频谱分析

4．3．1 轴承故障引起电机气隙长度变化的仿真研究

4．3．2 轴承故障引起电机转矩振动的仿真研究

4．3．3 轴承故障时气隙长度和转矩振动同时发生时的仿真研究

4．4 本章小结

第5章 混合偏心下轴承故障的电流特征实验研究

5．1 实验平台整体布局

5．2 轴承故障的模拟实验验证

5．2．1 轴承故障的模拟实验平台

5．2．2 轴承故障数据采集

5．2．3 模拟轴承故障实验数据分析

5．2．4 人为设置的轴承故障实验数据分析

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间公开发表论文及获得专利